局部硬化零件的热处理变形分析

来源:金属材料及热处理作者:王忠诚

    进行表面淬火时,零件表面中心部呈现不同的组织,这时变形情况将十分复杂,例如将轴进行高频加热或火焰加热,将表面层淬火硬化,马氏体硬化部分应当发生与其含碳量相应的膨胀,而内部非硬化部分对其变形起了抑制作用,因而表面层受压应力,心部受张应力,并残留下来,这在前章里已有叙述。

    表面淬火由于淬硬层薄,一般说来变形不大。但对于某些零件,由于加热速度极快,冷却也较快,产生的内应力较大,也会产生弯曲,挠曲,椭圆等变形,尤其将淬透层相对地加深,或温度过高则更易变形,有时还造成淬火裂纹。

    表面加热淬火会引起中孔的收缩。例如将内螺纹量规,中孔样圈等中孔零件的内孔表面进行高频淬火时,一般发现内孔收缩,外径100mm,内径40mm,高40mm的花键内孔量规(材料CrMn钢)高频淬火后,中孔可有0.04~0.08mm的收缩(淬硬层深度58mm)。如果将中孔零件的外表面加热淬火,当零件较薄或淬火加热较深时,中孔也收缩。产生这种中孔收缩的原因,主要是由于硬化部分与非硬化部分的质量体积不同而产生的压缩应力,使内表层硬化膨胀时向孔的中心方向膨胀,因而收缩了孔径,后者则是由于外表层急冷收缩的热应力使内孔塑性压缩所致。

    渗碳零件在正火及淬火时也有变形。零件渗碳正火造成收缩变形,如将零件渗碳( 940℃,46h)后空冷,发现圆筒状零件内外径均缩小。有方孔的其边长收缩,有圆孔的孔径收缩。如图8-35a所示,材料20钢,经上述处理后,直径为380mm,收缩了0.42mm,直径为330mm,收缩了0.38mm。图8-35b12CrNi3钢,内孔Φ140mm收缩了0.02mm,长度为210mm,缩短了0.02mm

    实践证明:合金渗碳钢比碳素钢收缩得多些,反复渗碳并正火会一次比一次多,造成这种尺寸收缩的原因可能是由于热应力引起的收缩及渗碳层与心部组织不同、质量体积不同而引起的压应力造成的收缩的结果。

 

有圆孔的零件

 

    8-35    有圆孔的零件

    渗碳后淬火当然会引起变形。渗碳零件一般为低碳钢或低碳合金钢,一般淬不透。淬透和淬不透两者变形是不同的,而且是复杂的,要具体情况具体分析。